电子测量（第8章）.pptVIP

第8章 数据域分析测试技术 教学目的和要求 了解： 1．数据域测量的基本概念； 2．数据域测量的特点以及基本方法。 掌握： 1．常用的数据域测量仪器：逻辑笔、逻辑夹、逻辑分析仪； 2．特征分析仪的电路构成、工作原理以及使用方法。 随着微型计算机、微控制器、数字信号处理器和大规模与超大规模集成电路的普遍应用，数字化、微机化产品的大量研制、生产和使用，数字化产品和系统在电子设备中已占极大比重，数字化已成为当今电子设备、系统的发展趋势。为了解决数字设备在研制、生产和检修中的测量问题，一种新的测量技术便应运而生。由于这种新的测量技术其被测系统的信息载体主要是二进制数据流，为了区别时域和频域的测量，常把这一类测量称为数据域测量。也就是说，数据域测量是测试数字量或电路的逻辑状态随时间变化而变化的特性。数据域测量的目的一是确定系统中是否存在故障，称为合格/失效测试，或称故障检测；二是确定故障的位置，称为故障定位。其理论基础是数字电路与逻辑代数。主要研究对象有数字系统中数据流、协议与格式、数字应用芯片与系统结构、数字系统特征的状态空间表征等。数字系统的故障诊断、定位和信号的逻辑分析是数据域测量的典型应用。 8.1 数据域分析测试的特点、方法与仪器 8.1.1 数据域分析测试的特点 数据域分析测试的对象是数字系统，而数字系统中的信号表现为一系列随时间变化并按一定的时序关系形成的数据流，其取值和时间都是离散的，因而其分析测试方法与时域及频域都不相同。图8.1表示数据域分析与时域分析、频域分析的比较。 8.1.1 数据域分析测试的特点 图8.1(a)所示为一个非正弦信号在示波器上显示的波形；图8.1(b)所示为在频谱仪上得到的图8.1(a)所示信号的频谱；图8.1(c)所示为在逻辑分析仪上得到的一个十进制计数器输出数据流（4位二进制码）的定时和状态显示。与传统的测量相比，数据域测量有以下特点： （1）数字信号通常是按时序传递的 数字系统的正常工作，要求其各个部分按照预先规定的逻辑程序进行工作，各信号之间有预定的逻辑时序关系。测量检查各数字信号之间逻辑时序关系是否符合设计是数据域分析测试的主要任务。 （2）数字系统中信号的传递方式多种多样 从宏观上来讲，数字信号的传递方式分为串行和并行两大类；但从微观上来讲，不同的系统、系统内不同的单元，采用的传递方式都可能不同，即便是采用同一类传递方式（串行或并行），也存在着数据宽度（位数）、数据格式、传输速率、接口电平、同步/异步等方面的不同。 8.1.1 数据域分析测试的特点 （3）数字信号往往是单次或非周期性的 数字设备的工作是时序的，在执行一个程序时，许多信号只出现一次，或者仅在关键的时候出现一次，例如中断事件等；某些信号可能重复出现，但并非时域上的周期信号，例如子程序的调用等。分析时经常需要存储、捕获和显示某部分有用的信号，因此若利用诸如示波器一类的测量仪器难以观测，也更难以发现故障。 （4）被测信号的速率变化范围很宽 即使在同一数字系统内，数字信号的速率也可能相差很大，如外部总线速率达几百Mb/s、内核速率达数Gb/s的中央处理器与其外部的低速打印机、传真机、键盘等。 8.1.1 数据域分析测试的特点 （5）数字信号为脉冲信号 由于被测数字信号的速率可能很高，各通道信号的前沿很陡，其频谱分量十分丰富。因此，数据域测量必须能够分析测量低至ps级（10 -12s）的信号，如脉冲信号的建立和保持时间等。 （6）被测信号故障定位难 数字信号只有“0”、“1”两种电平，数字系统的故障不只是信号波形、电平的变化，更主要的在于信号之间的逻辑时序关系，电路中偶尔出现的干扰或毛刺等都会引起系统故障。 8.1.2 数据域分析测试的方法 数据域分析测试的目的：一是确定系统中是否存在故障，称为合格/失效测试，或称故障检测；二是确定故障的位置，称为故障定位。 对于一个有故障的数字系统，首先要判断其逻辑功能是否正常，其次要确定故障的位置，最后分析故障原因，这个过程称为故障诊断。要实现故障诊断，通常要在被测件的输入端加上一定的测试序列信号，然后观察整个输出序列信号，将观测到的输出序列与预期的输出序列进行比较，从而获得诊断信息。一般有穷举测试法、结构测试法、功能测试法和随机测试法等方法。 8.1.2 数据域分析测试的方法 1．穷举测试法 穷举测试法是对输入的全部组合进行测试。如果对所有的输入信号，输出的逻辑关系是